梅士華　王廣增

摘要：某峰會期間，為更好滿足國際漫游用戶出行時4G網(wǎng)絡服務需求，同時滿足高鐵不斷增長的容量需求，需進行高鐵4G融合組網(wǎng)試點研究。本次主要驗證LTE-FDD在高鐵場景應用中的設備組網(wǎng)方案及天面設計方案在實際建設應用中的效果，探討高鐵場景下LTE-TDD-FDD融合組網(wǎng)技術方案。

關鍵詞：高鐵；LTE-FDD；TDD-LTE；融合組網(wǎng)；測試

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）01-0024-04

1 引用

2016年9月，某高級峰會在城市A舉行，屆時將產(chǎn)生大量國際漫游用戶4G網(wǎng)絡服務需求。此前城市A、城市B烏鎮(zhèn)已啟動4G融合組網(wǎng)試點項目，為城區(qū)及景區(qū)場景融合覆蓋，提供并驗證了一系列技術指標參數(shù)。目前尚缺乏對高鐵場景應用研究，為更好地滿足國際漫游入用戶出行時4G網(wǎng)絡服務需求，需進行某高鐵4G融合組網(wǎng)試點。

某高鐵連接長三角經(jīng)濟區(qū)兩個核心城市，沿線經(jīng)濟發(fā)達，流量需求日益增長，隨著LTE-TDD用戶滲透率不斷提升，LTE-TDD網(wǎng)絡小區(qū)負荷較高，影響用戶感知。因此需要進行某高鐵LTE-FDD建設及LTE-TDD-FDD融合組網(wǎng)，滿足某高鐵不斷增長的容量需求，保障高鐵4G用戶業(yè)務體驗。

2 技術方案分析

2.1 指標要求分析

以車內接收信號為參考值標準，并要求控制周邊基站信號強度，確保高鐵線路具有主導信號。

4G融合組網(wǎng)在高鐵列車內連續(xù)覆蓋標準如表1所示。

公專網(wǎng)設置：本次高鐵的覆蓋沿用高鐵專網(wǎng)覆蓋模式，合理利用單雙向鄰區(qū)關系，過渡帶小區(qū)設置，基于頻率優(yōu)先級的重選與切換，區(qū)分高、低速用戶的切換等手段實現(xiàn)良好的專網(wǎng)、公網(wǎng)協(xié)同覆蓋。

2.2 組網(wǎng)方式分析

融合組網(wǎng)可采用GL升級及TF融合兩種建設方式，如表2所示：

方式一：GL升級（2T2R），現(xiàn)網(wǎng)部分設備射頻部分支持，可利舊原BBU框，增加基帶單元及控制單元直接升級。GL升級（4T4R），利舊原有BBU框，增加基帶單元及控制單元，新增射頻設備（RRU），并更換天線。

方式二：TF融合，利舊原有BBU框，新增基帶板，增加射頻設備（RRU），并新增天線。

某運營商LTE-TDD網(wǎng)絡采用F頻段主覆蓋，D頻段解決容量，采用方式二對LTE-TDD網(wǎng)絡沖擊較大，清頻難度相對高。2015年以來某運營商LTE-TDD網(wǎng)絡流量占全網(wǎng)數(shù)據(jù)流量不斷提升，截至2016年8月已達到95%以上，LTE-TDD網(wǎng)絡已經(jīng)成為某地運營商的主要數(shù)據(jù)承載網(wǎng)絡，G網(wǎng)承載能力得到釋放，客觀上有利采用GL升級。

2.3 頻段選擇分析

現(xiàn)階段高鐵已使用GSM900頻段、TD-LTE F頻段及D頻段實現(xiàn)全路段組網(wǎng)覆蓋，地市間銜接區(qū)域采用DCS1800頻段進行容量保障覆蓋，高鐵現(xiàn)網(wǎng)站址布局可滿足各頻段覆蓋距離和切換帶要求，如表3所示：

通過FDD技術特點可以得到：

（1）當帶寬2×5MHz時，平均吞吐率=8/4 Mbps；單用戶最大速率=36/13 Mbps；

（2）當帶寬2×10MHz時，平均吞吐率=18/9 Mbps；單用戶最大速率=73/27 Mbps；

截至2015年7月，全球共3253款LTE終端，手持智能終端的比例在50%以上，達到1783款。其中FDD1.8G終端達到1543款，TDD-LTE終端1210款，絕大部分同時支持FDD1.8G。FDD900M終端迅猛發(fā)展，一年內終端數(shù)由335增長至668，智能手機由161增長到372，增長超過一倍，較FDD1.8G仍有很大差距。

頻段選擇綜合考慮需現(xiàn)網(wǎng)高鐵覆蓋頻段、頻段資源及終端支持等因素，建議采用DCS1800頻段組網(wǎng)。針對DCS1800頻段已用于公網(wǎng)建設，需對高鐵沿線5KM范圍內進行DCS1800網(wǎng)絡清頻，移出10MHz頻率資源用于高鐵專網(wǎng)。

2.4 GSM&LTE-FDD;頻點配置

GSM&LTE-FDD;頻點配置模式靈活，即可采用邊緣模式，也可采用三明治方式。

采用邊緣模式，包括上邊緣模式和下邊緣模式。若天饋互調性能不好，LTE置于下邊緣，互調信號對接收頻段的影響最小。

采用三明治方式，GSM與LTE的協(xié)調為同一運營商內容，避免不同運營商間的相互協(xié)調，同時方便未來帶寬擴展（領區(qū)配置不變）。

2.5 LTE-TDD/FDD 核心網(wǎng)與傳輸需求

如圖1所示。

核心網(wǎng)：TDD/FDD LTE在核心網(wǎng)層面的接口和協(xié)議完全一致，可實現(xiàn)共享核心網(wǎng)、共享用戶數(shù)據(jù)、共享網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、共享核心網(wǎng)互操作策略。核心網(wǎng)不區(qū)分小區(qū)是TDD還是FDD模式。

傳輸設置：每個BBU各自接入傳輸環(huán)，也可匯聚后共用一個傳輸端口。

傳輸帶寬需求：10M FDD LTE的峰值下載速率可以達到73M，考慮實際網(wǎng)絡單站不同小區(qū)的業(yè)務波動，單站傳輸需求100M。

QoS要求：FDD LTE采用全IP化傳輸，一般要求空載情況下基站到核心網(wǎng)絡的延遲小于20ms，時延抖動小于7ms，丟包率小于0.05%。

3 工程設計方案

某高鐵起點城市C站，終點城市A東站，設計時速350公里/小時，運行時速300公里/小時，總里程160公里，途徑城市C及某省份，其中城市A境內16公里，城市B境內87公里全程高架，無隧道。

3.1 站址設計方案

考慮到現(xiàn)有TD-LTE某高鐵覆蓋網(wǎng)絡經(jīng)過多期建設及優(yōu)化，已經(jīng)能夠較好的滿足TD-LTE用戶業(yè)務感知要求，按照融合組網(wǎng)下各網(wǎng)網(wǎng)絡結構一致的要求，本工程新建FDD-LTE 1800MHz站點全部與現(xiàn)有TD-LTE站點共址建設。

原高鐵覆蓋站址設置原則：

（1）為減小多普勒頻移的影響以及避免“塔下黑”問題，宏基站與鐵路垂直距離建議為100米-300米；

（2）宏基站天線掛高應考慮鐵軌高度，需高出鐵軌至少10m-20m，保證天線與軌面視通。對于采用微站建設方式的場景天線高度可適當降低；

（3）對于直線軌道，相鄰站點宜交錯分布于鐵路的兩側，形成“之”字型布局，有助于改善切換區(qū)域，有利于車廂內兩側信號質量的均衡；

（4）應結合工程條件優(yōu)先將站點交錯部署在鐵路兩側，有利與信號的均勻分布，對于彎路區(qū)域，優(yōu)先將站點設置在彎道內側。

3.2 設備組網(wǎng)方案

結合現(xiàn)網(wǎng)高鐵沿線的組網(wǎng)方案，即采用共小區(qū)方式組網(wǎng)，利舊近端BBU框，新增基帶板，遠端則新增1800射頻單元，連接至原天線或新增天線上。近端至遠端的光纖需進行改造，以便滿足融合網(wǎng)絡的組網(wǎng)纖芯需求。

3.3 天面設計方案

高鐵沿線天面空間資源受限，本次采用合路現(xiàn)有網(wǎng)絡天線方式進行建設，通過對不同制式網(wǎng)絡的天面合路方式對比分析（見表3高鐵天面合路方案優(yōu)缺點對比表），并結合本次實驗目標，4G融合組網(wǎng)疊加將不影響現(xiàn)網(wǎng)TDD覆蓋，建議本段高鐵采用與GSM900天線合路方式，TDD/FDD共覆蓋優(yōu)化可通過天饋精細優(yōu)化來提升FDD分流效果，并可以通過參數(shù)極端設置控制，如表4所示。

3.4 天線選型方案

高鐵場景，可根據(jù)合路方式進行天線選擇，本次可選擇900/1800高增益天線。本次驗證中，由于僅有1款全頻六口高增益天線（900/1800FA/D 17/21/21dBi 六口 高增益 32°）入圍，所以未做對比，僅對部分站點進行了選型替換。

3.5 建設規(guī)模

某高鐵共建設4G融合宏基站物理站點166個，全部為共址已有TD-LTE 4G網(wǎng)絡物理站址。涉及4G邏輯宏站27個、邏輯小區(qū)46個，邏輯載頻46個；全線采用1800MHz頻段覆蓋，宏基站物理站點平均站高35米，平均站間距620米，如表5所示。

4 優(yōu)化測試驗證

本次4G融合網(wǎng)絡開通后，對網(wǎng)絡進行了網(wǎng)絡測試驗證，通過測試數(shù)據(jù)顯示，本次的高鐵場景4G融合方案有效的增加了網(wǎng)絡流量，提高了高鐵全程的接通率。

4.1 數(shù)據(jù)業(yè)務

在網(wǎng)絡負荷較輕的情況下，達到建網(wǎng)預期目標：下載速率達到22M以上，上傳速率達到15M以上。如表6所示。

4.2 語音業(yè)務

全程接通率達到建網(wǎng)目標：90%以上，MOS3.0以上占比達到90%以上。如表7所示：

4.3 流量分流比

城市A數(shù)據(jù)：高鐵線FDD小區(qū)開啟后，F(xiàn)DD小區(qū)流量占總吞吐量的32.92%，高鐵線總吞吐量上升26.65%，如圖2、3所示。

城市B數(shù)據(jù)：高鐵線FDD小區(qū)開啟后，F(xiàn)DD小區(qū)流量占總吞吐量的35.18%，高鐵線總吞吐量上升3.62%。

5 結語

隨著高鐵近幾年全國范圍的迅速建設和高鐵技術的不斷完善，火車時速由120km提升至300km，越來越多人士選擇高鐵出行，用戶對網(wǎng)絡覆蓋和質量提出了越來越高的要求，用戶容量不斷增長。高鐵場景下LTE-TDD-FDD融合組網(wǎng)應用，可為某運營商LTE-TDD-FDD融合建設與運營積累經(jīng)驗，建議后期積極開展多場景LTE-TDD-FDD融合組網(wǎng)應用研究。